水工業(yè)PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的要點

摘要：在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備中，有大量的數(shù)字量及模擬量的控制裝置，例如電機的起停，電磁閥的開閉，產(chǎn)品的計數(shù)，溫度、壓力、流量的設(shè)定與控制等，工業(yè)現(xiàn)場中的這些自動控制問題，若采用可編程序控制器(PLC)來解決自動控制問題已成為最有效的工具之一，本文敘述PLC控制系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)該注意的問題。

　　在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備中，有大量的數(shù)字量及模擬量的控制裝置，例如電機的起停，電磁閥的開閉，產(chǎn)品的計數(shù)，溫度、壓力、流量的設(shè)定與控制等，工業(yè)現(xiàn)場中的這些自動控制問題，若采用可編程序控制器(PLC)來解決自動控制問題已成為最有效的工具之一，本文敘述PLC控制系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)該注意的問題。
　　控制硬件選購目前市場上的PLC產(chǎn)品眾多。國產(chǎn)品牌有：永宏、和利時、凱迪恩等；國外有：日本的 OMRON、MITSUBISHI、松下；德國的SIEMENS，韓國的LG等。近幾年，PLC產(chǎn)品的價格有較大的下降，其性價比越來越高，這是眾多技術(shù)人員選用PLC的重要原因。但各品牌的PLC在性能指標上都有著較大的差異。所以如何選購PLC產(chǎn)品成為了系統(tǒng)設(shè)計和系統(tǒng)功能要求的重要環(huán)節(jié)。
　　1．系統(tǒng)規(guī)模首先應(yīng)確定系統(tǒng)用 PLC單機控制，還是用PLC形成網(wǎng)絡(luò)，由此計算PLC輸入、輸出點數(shù)，并且在選購PLC時要在實際需要點數(shù)的基礎(chǔ)上留有一定余量(10%)。
　　2．確定負載類型根據(jù)PLC輸出端所帶的負載是直流型還是交流型，是大電流還是小電流，以及PLC輸出點動作的頻率等，從而確定輸出端采用繼電器輸出，還是晶體管輸出，或晶
閘管輸出。不同的負載選用不同的輸出方式，對系統(tǒng)的穩(wěn)定運行是很重要的。
　　3．存儲容量與速度盡管國外各廠家的PLC產(chǎn)品大體相同，但也有一定的區(qū)別。目前還未發(fā)現(xiàn)各公司之間完全兼容的產(chǎn)品。各個公司的開發(fā)軟件都不相同，而用戶程序的存儲容量和指令的執(zhí)行速度是兩個重要指標。一般存儲容量越大、速度越快的PLC價格就越高，但應(yīng)該根據(jù)系統(tǒng)的大小合理選用PLC產(chǎn)品。
　　4．編程器的選購 PLC編程可采用三種方式：
　　一是用一般的手持編程器編程，它只能用商家規(guī)定語句表中的語句編程。這種方式效率低，但對于系統(tǒng)容量小，用量小的產(chǎn)品比較適宜，并且體積小，易于現(xiàn)場調(diào)試，造價也較低。
　　二是用圖形編程器編程，該編程器采用梯形圖編程，方便直觀，一般的電氣人員短期內(nèi)就可應(yīng)用自如，但該編程器價格較高。
　　三是用個人計算機加PLC軟件包編程，這種方式是效率最高的一種方式?；陔娔X筆記本的普及和PLC軟件編程的方便性，并且易于現(xiàn)場調(diào)試。這種方式是用戶最喜歡用的一種方式。
　　因此，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的大小與難易，開發(fā)周期的長短以及資金的情況合理選購PLC產(chǎn)品。
　　5．盡量選用大公司的產(chǎn)品其質(zhì)量有保障，且技術(shù)支持好，一般售后服務(wù)也較好，還有利于你的產(chǎn)品擴展與軟件升級。
　　輸入回路的設(shè)計
　　1．電源回路 PLC供電電源一般為 AC85—240V(也有DC24V)，適應(yīng)電源范圍較寬，但為了抗干擾，應(yīng)加裝電源凈化元件(如電源濾波器、1：1隔離變壓器等)。
　　2．PLC上DC24V電源的使用，各公司 PLC產(chǎn)品上一般都有DC24V電源，但該電源容量小，為幾十毫安至幾百毫安，用其帶負載時要注意容量，同時作好防短路措施(因為該電源的過載或短路都將影響PLC的運行)。
　　3. 外部DC24V電源 若輸入回路有 DC24V供電的接近開關(guān)、光電開關(guān)等，而PLC上DC24V電源容量不夠時，要從外部提供DC24V電源；但該電源的“—”端不要與 PLC的 DC24V的“—”端以及“COM”端相連，否則會影響PLC的運行。
　　4．輸入的靈敏度各廠家對PLC的輸人端電壓和電流都有規(guī)定，如日本三菱公司FX系列PLC的輸入值為：DC24V、7mA，啟動電流為4．5mA，關(guān)斷電流小于1．5mA，因此，當輸入回路串有二極管或電阻(不能完全啟動)，或者有并聯(lián)電阻或有漏電流時(不能完全切斷)，就會有誤動作，靈敏度下降，對此應(yīng)采取措施。另一方面，當輸入器件的輸入電流大于PLC的最大輸入電流時，也會引起誤動作，應(yīng)采用弱電流的輸入器件，并且選用輸人為共漏型輸入的 PLC，輸入元件的公共點電位相對為負，電流是流出 PLC的輸入端。
　　輸出回路的設(shè)計
　　1．各種輸出方式之間的比較
　　(1)繼電器輸出：優(yōu)點是不同公共點之間可帶不同的交、直流負載，且電壓也可不同，帶負載電流可達2A／點；但繼電器輸出方式不適用于高頻動作的負載，這是由繼電器的壽命決定的。其壽命隨帶負載電流的增加而減少，一般在幾十萬次至幾百萬次之間，有的公司產(chǎn)品可達1000萬次以上，響應(yīng)時間為10ms
　　(2)晶閘管輸出：帶負載能力為0．2A／點，只能帶交流負載，可適應(yīng)高頻動作，響應(yīng)時間為1ms.
　　(3)晶體管輸出：最大優(yōu)點是適應(yīng)于高頻動作，響應(yīng)時間短，一般為0．2ms左右，但它只能帶 DC 5—30V的負載，最大輸出負載電流為0．5A／點，但每4點不得大于0．8A。
　　當你的系統(tǒng)輸出頻率為每分鐘6次以下時，應(yīng)首選繼電器輸出，因其電路設(shè)計簡單，抗干擾和帶負載能力強。當頻率為10次／min以下時，既可采用繼電器輸出方式；也可采用PC輸出驅(qū)動達林頓三極管(5 —10A)，再驅(qū)動負載(見圖2)，可大大減小
　　2．抗干擾與外部互鎖當 PLC輸出帶感性負載，負載斷電時會對PLC的輸出造成浪涌電流的沖擊，為此，對直流感性負載應(yīng)在其旁邊并接續(xù)流二極管，對交流感性負載應(yīng)并接浪涌吸收電路，可有效保護PLC。
　　當兩個物理量的輸出在PLC內(nèi)部已進行軟件互鎖后，在PLC的外部也應(yīng)進行互鎖，以加強系統(tǒng)的可靠性。
　　3．“COM“點的選擇不同的 PLC產(chǎn)品，其“COM”點的數(shù)量是不一樣的，有的一個“COM”點帶8個輸出點，有的帶4個輸出點，也有帶2個或1個輸出點的。當負載的種類多，且電流大時，采用一個“COM”點帶1—2個輸出點的 PLC產(chǎn)品；當負載數(shù)量多而種類少時，采用一個“COM”點帶4—8個輸出點的PLC產(chǎn)品，這樣會對電路設(shè)計帶來很多方便。每個“COM”點處加一熔絲，1—2個輸出時加2A的熔絲，4—8點輸出的加5—10A的熔絲，因 PLC內(nèi)部一般沒有熔絲。
　　4．PLC外部驅(qū)動電路對于 PLC輸出不能直接帶動負載的情況下，必須在外部采用驅(qū)動電路：可以用三極管驅(qū)，也可以用固態(tài)繼電器或晶閘管電路驅(qū)動，同時應(yīng)采用保護電路和浪涌吸收電路，且每路有顯示二極
管(LED)指示。印制板應(yīng)做成插拔式，易于維修。
　　PLC的輸入輸出布線也有一定的要求，請看各公司的使用說明書。
　　擴展模塊的選用
　　對于小的系統(tǒng)，如80點以內(nèi)的系統(tǒng)．一般不需要擴展；當系統(tǒng)較大時，就要擴展。不同公司的產(chǎn)品，對系統(tǒng)總點數(shù)及擴展模塊的數(shù)量都有限制，當擴展仍不能滿足要求時，可采用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；同時，有些廠家產(chǎn)品的個別指令不支持擴展模塊，因此，在進行軟件編制時要注意。當采用溫度等模擬模塊時，各廠家也有一些規(guī)定，請看相關(guān)的技術(shù)手冊。
　　各公司的擴展模塊種類很多，如單輸入模塊、單輸出模塊、輸入輸出模塊、溫度模塊、高速輸入模塊等。 PLC的這種模塊化設(shè)計為用戶的產(chǎn)品開發(fā)提供了方便。
　　PLC的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計
　　當用PLC進行網(wǎng)絡(luò)設(shè)計時，其難度比PLC單機控制大得多。首先你應(yīng)選用自己較熟悉的機型，對其基本指令和功能指令有較深入的了解，并且指令的執(zhí)行速度和用戶程序存儲容量也應(yīng)仔細了解。否則，不能適應(yīng)你的實時要求，造成系統(tǒng)崩潰。另外，對通信接口、通信協(xié)議、數(shù)據(jù)傳送速度等也要考慮。
　　最后，還要向 PLC的商家尋求網(wǎng)絡(luò)設(shè)計和軟件技術(shù)支持及詳細的技術(shù)資料，至于選用幾層工作站，依你的控制要求與系統(tǒng)大小而定。
　　軟件編制
　　在編制軟件前，應(yīng)首先熟悉所選用的 PLC產(chǎn)品的軟件手冊及編程指令手冊，待熟練后再編程。若用圖形編程器與軟件包編程，則可直接編程，若用手持編程器編程，應(yīng)先畫出梯形圖，然后編程，這樣可少出錯，速度也快。若用個人計算機與軟件編程，編程結(jié)束后先仿真程序，待各個動作正常后，再在設(shè)備上調(diào)試。